聚合物吸能材料改性方法研究进展

张文武，周若零，曹贤明，王朝辉，张丹

聚合物吸能材料改性方法研究进展

张文武1，周若零2，曹贤明1，王朝辉2，张丹2

（1.山东高速集团有限公司，济南 250098；
2.长安大学 公路学院，西安 710064）

进一步提升聚合物吸能材料的吸能性能，促进聚合物吸能材料的研究与推广应用。在对常见聚合物吸能材料进行分类的基础上，研究国内外聚合物吸能材料的改性效果，系统梳理不同类型聚合物吸能材料的改性方法，明确改性过程中存在的主要问题，对比分析不同改性方法的优缺点。现有聚合物吸能材料在改性剂、制备工艺和改性方法上存在不足，对于改性剂的使用，需针对特定性能选择不同功能的改性剂，并添加合适的相容剂，以解决相容性差的问题。将来还需进一步加强对改性剂和基体相互作用机理的了解，研发新型功能化材料；
对于改性方法的选择，需针对不同的加工条件和生产数量选择合适的制备工艺和方法，未来还应探索更多新技术和改性方法，以提高工业化生产速度。

聚合物；
吸能材料；
泡沫塑料；
改性方法

聚合物吸能材料具有质轻、相对密度低、比强度高和缓冲减振性能优良等特点，被广泛应用于工业、农业、建筑和运输等领域[1-2]。聚合物吸能材料在使用过程中存在一些缺陷，如冲击强度低、抗拉强度低、发泡率低、泡孔分布不均匀、韧性差、承载能力差、抗冲击性能差等，限制了其发展空间。

为了扩大应用领域，提高聚合物吸能材料的性能，国内外学者对其改性方法进行了广泛研究，通过交联改性、共混改性或共聚改性等方法处理后，显著提高了聚合物吸能材料的各项力学性能或发泡性能。不同材料采用的改性方法各异，改性程度有所差别，改性过程中的影响因素繁多，需进一步整理和调查。文中系统梳理了不同聚合物吸能材料的改性方法，明确改性过程中存在的主要问题，对比分析不同改性方法的优缺点，最后对聚合物吸能材料未来改性方向进行展望，以期为聚合物吸能材料的进一步研究与推广应用提供借鉴。

吸能材料是当物品受到冲击撞击时，可将能量吸收并减少物体损伤的材料。常见的聚合物吸能材料主要指以聚合物为基础、内部具有无数气泡的微孔泡沫塑料，也可以视为以气体为填料的复合材料。

1.1 聚合物吸能材料类型

泡沫塑料的分类方法有3种：按泡孔结构，可分为开孔泡沫塑料和闭孔泡沫塑料；
按硬度，可分为软质、硬质和半硬质泡沫塑料；
按密度，可分为低发泡、中发泡和高发泡泡沫塑料。聚合物吸能材料主要包括4种泡沫塑料：聚氨酯泡沫塑料（EPU）、聚丙烯泡沫塑料（EPP）、聚乙烯泡沫塑料（EPE）、聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）。其中，以EPU最为常见。作为一种力学性能优良的能量吸收材料，聚合物吸能材料被广泛用于各种防撞缓冲的减震包装、衬垫材料和轻质结构材料[3-4]。

与其他泡沫塑料相比，EPU具有无臭、透气、气泡均匀、耐温、耐老化、抗有机溶剂侵蚀等特点，且聚氨酯分子链由软段和硬段交替形成，便于通过改变工艺来获得不同硬度、密度和性能的泡沫塑料制品[5-6]。EPS具有成本低廉的特点，发展迅速，目前其世界产量已居泡沫塑料第2位，仅次于EPU，但这类材料质轻、体积大，极易造成严重的白色污染，破坏生态环境，目前其替代品由于生产工艺复杂、成本高等因素尚未得到广泛应用[7-8]。

1.2 聚合物吸能材料能量吸收机制

聚合物吸能材料内部存在气体，当受到冲击负荷时气体被压缩，并吸收冲击能量，最后恢复形变，因此具有优异的缓冲减震性能[9-10]。当聚合物吸能材料承受压缩载荷时，施加于其上的作用力会对材料做功，称为材料对外界能量的吸收。应力−应变曲线可以反映缓冲材料或结构在外力作用下的变形过程，以及能量的传递和变换，可分为3个阶段，即弹性阶段、屈服平台阶段和密实化阶段[11-13]。在泡沫塑料变形至应变的过程中，聚合物吸能材料吸收的能量为其应力−应变曲线中直至时曲线与应变轴围成的面积。不同密度材料的应力−应变曲线（见图1[14]）具有基本相同的趋势，且密度越大，其总能量吸收和比吸能越大，抗压强度越好。

研究者发现，泡孔开闭状态、发泡倍率和泡孔尺寸极易影响泡沫塑料的力学性能，一个典型的聚合物发泡材料结构见图2[15]。随着泡孔开孔率的增大，泡体的压缩强度明显下降，因此可通过改性手段提高泡孔开孔率，制备高压缩强度的泡沫塑料；
随着发泡倍率的增大，泡体的拉伸强度、弯曲强度、热变形温度等会下降，制品的成型收缩率增加。当被压缩时，大泡孔泡沫塑料泡体呈非等量压缩，小泡孔泡沫塑料呈等量压缩，即泡体的内外泡孔可均匀吸收外加压缩能量，因此小泡孔泡沫塑料的压缩性能优于大泡孔泡沫塑料[16-17]。

图1 不同密度材料的应力−应变曲线[14]

图2 聚合物发泡材料结构示意图[15]

作为吸能材料，4种泡沫塑料在使用前需提升其压缩性能、抗冲击性能和发泡性能等，以满足实际生活中对塑料产品的吸能需求。由此，研究者们常通过各种改性方法控制泡孔尺寸、开孔率或密度，以改善其性能，并研发先进的发泡工艺来提高发泡质量和效率。

2.1 聚氨酯泡沫塑料改性方法

目前EPU的生产工艺较为成熟，但仍存在某些缺陷，如耐水性差、耐热性差、冲击强度低和抗拉强度低等，因此需要进行一系列改性研究，主要方法包括纤维改性和纳米改性等。

2.1.1 纤维改性

纤维改性主要通过添加纤维，使其与高分子基体完美分散融合，制得强度高且表面质量好的复合材料。目前，玻璃纤维（GF）的使用最为广泛，一些学者通过研究GF增强EPU材料发现，其含量、长度和分散状况等因素对增强效果均有一定的影响。

采用GF改性需确定最佳含量，当含量较低时，EPU可以将外界荷载的应力均匀传递到GF上；
当含量过高时，PU基体无法将GF完全黏接为整体，使复合材料的变形性降低，刚性增加。赵庆波等[18]制备了GF增强PU复合材料，并通过分析SEM微观形貌发现，当材料断裂时，被拔出的GF表面PU树脂的黏附效果良好（见图3）。Gu等[19]制备了不同玻璃纤维含量的硬质聚氨酯泡沫塑料（PURF），发现与纯PURF相比，采用GF改性PURF具有更精细和更均匀的单元结构，泡孔可均匀吸收外加压缩能量，因此PURF的抗压强度显著增大（见图4）。在GF的质量分数为1.4%时，其抗压强度达到最大值，由改性前的0.17 MPa提高到0.24 MPa，细胞结构好且气泡数量多。当GF的质量分数超过1.4%时，抗压强度开始下降，原因是过多的GF使得胞体结构不均匀。

图3 GF增强PU复合材料SEM断面图[18]

图4 添加不同GF的PURF的抗压强度[19]

GF的长度会影响增强效果，当长度过短时，GF无法抵抗材料受压后的形变；
当GF的长度过长时，会发生弯曲成团，导致局部应力集中，难以改善其力学性能。赵珊等[20]考察了GF长度对EPU的影响，研究发现，当GF较短时，所制复合材料的开孔率较高，对压缩性能的改善效果最佳。如，当GF的长度为3 mm时，EPU的开孔率高达96%。当GF过长时，发泡倍率较低，泡孔形态较差，开孔率显著下降，压缩强度反而下降。

除含量与长度外，GF的分散状况也会对EPU的性能产生显著影响。周秋明等[21]研究了不同特性GF的分散状况对硬质EPU的影响。结果表明，当GF在体系中呈单丝分散时，材料内部会出现较多的大泡孔，使其力学性能变差，测得其压缩模量和冲击强度分别约为595 MPa和0.27 J/cm2；
以小束纤维分散时，均匀性较好，力学性能较高，测得其压缩模量和冲击强度最大值分别约为725 MPa和0.42 J/cm2；
以大束纤维分散时，泡孔结构改变，在外部载荷冲击下易导致基体泡沫破坏，力学性能较差，测得其压缩模量和冲击强度分别约为630 MPa和0.28 J/cm2。

除GF外，碳纤维和天然纤维也是EPU的良好增强材料[22]。继这3种常用纤维后，蔡军锋等[23]还研究了一种第3代高能纤维——超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维，测得经5、15、25 mm的UHMWPE纤维增强后，EPU对冲击波的衰减系数分别为0.265、0.290、0.273，适用于冲击波防护领域。

2.1.2 纳米改性

纳米微粒尺寸小、比表面积较大和表面能较大，可以同时增强发泡材料的强度和韧性。如果纳米微粒的含量过高，则会出现团聚现象，造成不均匀分散，反而会对材料的综合性能产生负面影响[24]。目前研究最多的是无机纳米材料改性，包括纳米二氧化硅（SiO2）、碳纳米管（CNT）和纳米二氧化钛（TiO2）等。

耿皓[25]研究了纳米SiO2增强硬质EPU，研究发现，随着纳米SiO2的添加，EPU的压缩强度和冲击强度显著提高，在添加量为7%（体积分数）左右时达到最高值，分别提高了20%以上和25%左右。钟发春等[26]利用落锤试验机测试了纳米SiO2增强EPU材料在不同条件下的抗冲击性能，得到不同密度和硬度的抗冲击泡沫材料样品在不同温度（23 ℃和−10 ℃）下、不同冲击能量作用下的防护结果（见图5）。在常温条件下，泡沫材料具有非常优异的抗冲击吸能特性，在更高的冲击能量下高密度样品的抗冲击性能更好。在低温条件下，低密度泡沫样品具有更好的冲击吸能特性，高密度样品由于硬度较高，因此变形小，抗冲击吸能显著下降。

CNT具有比强度高、长径比大等特点，能够显著提高EPU强度。徐新宇等[27]制备了表面羟基化多壁碳纳米管（MWCNT）接枝EPU复合材料，研究发现，当MWCNT的质量分数小于0.4%时，PU泡孔的形态稳定、分布均匀、尺寸较小；
当MWCNT的质量分数大于0.6%时，泡孔尺寸明显变大，甚至出现塌陷。Yan等[28]也用MWCNT作为PU硬泡的增强填料，研究发现，当添加质量分数为0.3%的MWCNT时，硬泡的压缩强度和压缩模量分别增加了约16%和25%。

纳米TiO2也是被广泛关注的纳米粒子，能够提高EPU的力学性能。高四等[29]制备了纳米TiO2增强的硬质EPU，研究发现，当纳米颗粒的质量分数为7%～10%时，EPU的压缩强度和冲击强度与添加前相比，分别提高了20%和30%以上。

综上可知，EPU的改性方法主要包括纤维改性和纳米改性等，改性后其压缩强度、冲击强度和发泡性能得到显著提升。对于纤维改性，当前的研究主要集中在玻璃纤维上，未来还可开发更多种类的增强材料，如纤维−粒子混杂改性、天然纤维等；
采用纳米改性，使泡沫的力学性能得到全方位提高，但粒子含量过高，易导致不相容问题，因此要加深对PU与纳米粒子相互作用机理的了解，开发新型功能化纳米材料，达到绿色环保无污染的目的。

2.2 聚丙烯泡沫塑料改性方法

PP的熔体强度较低、发泡温度范围较窄，因此EPP材料通常具有发泡率低和泡孔分布不均匀等缺点。生产EPP材料一般要对其进行改性，目前常见的方法包括交联改性、共混改性，以及直接制备高熔体强度聚丙烯等。

2.2.1 交联改性

交联改性可分为辐射交联和化学交联等。交联改性后形成的网状结构可以阻碍链段滑移，显著提高EPP的熔体强度和熔体黏度，并增强材料的力学性能，但易造成环境污染，不利于长期发展[30]。

辐射交联主要指在电子辐射，以及X、γ等射线辐照作用下的交联。Yang等[31]研究了辐射交联PP的发泡行为，结果表明，辐照显著提高了EPP的熔体强度，从交联前后的SEM照片（见图6）可以看出，交联EPP的细胞结构得到改善，细胞分布更加均匀，胞体尺寸小于非交联EPP的胞体尺寸，压缩性能更佳，测得辐照最佳吸收剂量为30 kGy。

化学交联主要指在有机过氧化物（如过氧化二异丙苯）作用下的交联。朱贤兵[32]加入主交联剂过氧化二异丙苯（DCP）和助交联剂三烯丙基异三聚氰酸酯（TAIC）制备了高熔体强度聚丙烯（HMSPP），得到发泡样品的发泡密度、平均泡孔直径及泡孔壁厚度随DCP用量的变化情况，如图7所示。随着DCP用量的增加，发泡样品泡孔分布由宽变窄再变宽，发泡样品的密度先下降再上升，平均泡孔直径均由大到小再到大。证明适当的交联可以提高PP的发泡质量，交联作用造成PP容纳了更多的气体，并控制其膨胀，形成的泡孔结构优良，从而提高了样品的压缩强度和吸能性能。最后测得在DCP的质量分数为0.2%、TAIC的质量分数为3%时，制备的复合材料的挤出发泡特性最佳。

图5 不同温度下泡沫材料的落锤冲击吸能随密度和硬度的变化趋势[26]

图6 辐射交联前后EPP的SEM形貌[31]

图7 不同DCP含量时发泡样品的密度、泡孔密度、平均泡孔直径及平均泡孔壁厚度[32]

Fig.7 Foam density, cell density and mean cell diameter as well as mean cell wall thickness of the samples with different DCP contents[32]

2.2.2 共混改性

共混改性是将2种或2种以上的物质共混，使所制备的材料同时满足多种性能要求，共混体系在宏观上是均匀的，但在微观上是非均匀的[33]。共混改性具有成本低、操作简易、生产周期短等特点，适合生产批量小或要求多变的产品，可以提高其材料强度和耐冲击性。

闫文静等[34]通过熔融共混法制备了聚丙烯/氧化石墨烯（PP/GO）共混发泡材料，研究发现，GO的添加可以改善PP的发泡性能，显著提高泡孔的成核效率，如图8所示。当GO的质量分数为8%时，平均泡孔尺寸达到最小值（约为8.4 μm），平均泡孔密度达到最大值（约为7.9×109个/cm3），泡孔的生长更为同步和均匀。当GO的质量分数超过8%时，容易发生团聚现象。王苏炜等[35]分别采用聚烯烃弹性体（POE）和高密度聚乙烯（HDPE）与PP进行共混改性和发泡处理，研究发现，HDPE的添加导致气泡合并或塌陷，但材料的刚性较高。POE的添加可以改善试样的熔体强度，显著提高其韧性，降低泡孔尺寸，提高泡孔密度。当POE与PP的质量比为4∶6时，试样的冲击强度最高，较共混前提高了约84%。由此可见，共混改性可以通过改善泡孔生长过程来提高压缩强度和冲击强度，改善吸能性能。

2.2.3 直接制备高熔体强度聚丙烯

HMSPP是一种含有长支链PP（见图9），可有效提高材料的黏度、熔体强度及热成型性。在受到拉伸时，普通PP总是从结构中最弱或最热的部位开始变形，成型效果较差。HMSPP的应变硬化能力可以达到均匀变形的效果，因此在其他条件相同时，其屈服强度和弯曲模量均高于普通PP[36]。郭鹏等[37]研究发现，含有较多高分子量的HMSPP的熔体强度值高达0.4 N左右，是普通PP的3倍以上，且采用HMSPP制备的发泡珠粒具有更高的泡孔密度和更均匀的泡孔分布。Zhou等[38]将大单体乙烯基聚二甲基硅氧烷（VS）和苯乙烯（St）成功接枝到等规聚丙烯（iPP）上，制备了HMSPP，其熔体强度由原始iPP的0.022 N增至0.29 N，且HMSPP具有更小的泡孔尺寸和更高的泡孔密度，表现出优异的发泡性能。目前，国外HMSPP生产技术呈多样化发展趋势，产品可满足多种应用领域的不同需求，而国内产品仍处于研究探索阶段，产业化程度较差。

图8 PP和PP/GO共混物的平均泡孔尺寸和平均泡孔密度随GO含量变化的曲线[34]

图9 普通PP和HMSPP树脂分子链结构示意图[36]

综上可知，通过交联改性可以提高EPP的熔体强度和熔体黏度，但易造成环境污染，不利于长期发展；
共混改性可以提高材料的强度和耐冲击性，操作简单，但不适合规模化生产；
HMSPP的应变硬化效应可以有效提高PP的熔体强度和黏度，有利于泡孔结构的控制，但国内研究还处于成长期，希望未来能在HMSPP生产技术方面实现突破。另外，由于PP材料的局限性，我国的EPP量产和工业化程度较低，应把重点放在研究PP连续挤出发泡上，以提高产业化速度。

2.3 聚乙烯泡沫塑料改性方法

EPE制品通常具有硬度低、韧性差和承载能力差等缺点，因此使用前需对其进行改性处理，主要分为化学改性和物理改性2种方法。

2.3.1 化学改性

化学改性主要包括接枝改性和交联改性等。化学改性是将新的官能团引入，以置换聚乙烯（PE）分子链上的取代基。

1）接枝改性是在PE主分子链上接枝具有某些功能的极性单体或基团[39]。常用的接枝单体有丙烯酸、马来酸酐、马来酸盐和活性硅油等，方法主要包括光接枝法、熔融法、溶液法和固相法等。其中，光接枝改性法的成本较低，且能连续操作；
熔融法的改性效率更高，方便连续生产。

2）交联改性可分为辐射交联和化学交联，是通过PE分子链之间的化学键合使主链发生交联反应。经过交联改性的PE制品的泡孔结构更均匀，应用范围更广泛。辐射交联是通过高能射线在PE内部形成交联的三维网络结构，不需要添加另外的引发剂，简单易行，但其纵向厚度受限，可能出现分子链在辐照中断裂的情况[40-41]。王伟等[42]研究发现，当达到最佳辐照剂量时，制得的发泡材料泡孔均匀，表面柔软，力学性能最佳，压缩强度（25%）为0.05 MPa，压缩永久变形为5%，且发泡倍率越高的产品，最佳辐照剂量越少。化学交联是使用助剂引起PE分子链之间的交联，此方法限制少、效率高，但需要引入新的化学物质，其交联过程不受控制，难以保证制品质量。李环环等[43]采用化学交联方法改性EPE材料，发现在相同的发泡剂含量下，随着交联剂DCP含量的增加，发泡倍率先增大后减小，材料回弹性略微增大；
随着改性剂EVA含量的增加，发泡倍率先增大后减小，拉伸强度增大。经最佳配方改性后，产品的泡孔大小均匀、表观良好，密度为0.022 2 g/cm3，拉伸强度为0.305 MPa。

2.3.2 物理改性

物理改性不会改变分子链结构，通常分为共混改性和填充改性。

1）共混改性指在PE树脂中加入各种塑料或橡胶弹性体等高分子聚合物，可以同时满足对多种性能的需求，但在加工上有一定难度。共混物两组分的熔融指数与熔体黏度必须相近，才能实现性能上的互补。PE与聚丙烯共混，可以提高韧性和耐环境应力开裂性能；
PE与乙烯−醋酸乙烯共聚物共混，可以提高韧性、延展性和透气性；
将PE与橡胶类物质共混，可以提高其韧性、热稳定性和耐环境应力开裂性能[44-46]。当共混物两组分难以相容时，必须解决PE和高聚物的界面问题，此时需加入界面相容剂来增强改性效果，如用沙林树脂（Surlyn）等改善PE与尼龙共混后的相容性。Reyes-Lozano等[47]以Surlyn为增容剂，用尼龙6（PA6）与高密度聚乙烯（HDPE）混合制备了HDPE/PA6泡沫共混物，研究发现，共混材料的比冲击强度随着形变率的增大而减小，且只有添加增容剂的样品才会产生良好的泡沫结构和均匀分布的闭孔，冲击强度也更高。

2）填充改性是在PE基体中填充无机粒子或有机物。研究表明，大部分无机填料既能大幅降低材料成本，又能提高其强度、耐热性和尺寸稳定性等，如碳酸钙、石墨、二氧化硅和滑石粉（见图10）等。有机填料可以提高材料的力学性能和热稳定性等[48-49]。作为非极性化合物，PE在填充改性过程中与无机粒子的结合作用较差，因此需要考虑填料与PE界面的接触性和结合程度等问题。

图10 不同PP复合材料的SEM照片[49]

EPE的化学改性方法包括接枝、交联等。物理改性方法包括共混、填充等，经改性后其压缩强度、冲击强度、发泡倍率及热稳定性得到提升。在接枝和交联改性时，操作方法各有优劣，需综合考虑生产条件、生产数量、生产成本、难易程度及效率等方面。在共混和填充改性时，不同共混物或填充物对性能提升的种类和程度差异较大，且应注意选择合适的相容剂，防止高分子链被破坏。

2.4 聚苯乙烯泡沫塑料改性方法

由于侧苯基的存在，聚苯乙烯（PS）主链骨架上的氢原子易氧化生成过氧化物，导致其易脆化、低温抗冲击性能较差，因此限制了其发展空间。在实际生产中，常通过共混改性和共聚改性等方法处理。

2.4.1 共混改性

共混改性是提高PS韧性、耐热性和力学性能的常用方法，可分为熔融共混改性、溶液共混改性、原位共混改性3种方式。熔融共混法具有工艺简单、操作方便等特点，可快速改善PS的某些性能，需使用相容剂。当PS与刚性聚合物共混时，可提高其耐热性和机械强度，与柔性聚合物共混时可改善其冲击韧性。溶液共混法常需耗费大量溶剂和后续处理时间来提高其相容性，存在周期长、溶剂耗费大和环保性差等缺点，未能得到广泛普及与应用。原位共混法对改善冲击性能具有优势，但需要共混组分易溶胀或溶解于苯乙烯，耗费时间长，工业化开发困难。

目前，熔融共混法是较为常见和高效的改性方法。侯荣杰等[50]制备了低密度聚乙烯／聚苯乙烯（LDPE／PS）发泡粒子，研究发现，发泡粒子能同时具有EPE和EPS的优点，成孔性能较好，制得泡孔的直径为（225±25）μm，泡孔密度为2.27×106个/cm3。康许科[51]制备了PS/PP共混发泡材料，发现PP相的存在，能够降低发泡共混物中PS相的泡孔尺寸，显著提高其冲击韧性，提高幅度相对于纯发泡材料，最高可达110%，最佳产品的抗冲击强度为8.3 kJ/m2。

2.4.2 共聚改性

共聚改性通过PS与第二单体以无规、接枝及嵌段等方法进行共聚，不存在后期析出问题，改性效果较好。若共聚入刚性单体，可以提高其耐热性和机械强度。若共聚入柔性单体，可以提高其抗冲击性能[52]。王杰[53]通过传统的乳液自由基共聚合将绿色单体肉桂酸（CA）共聚入PS主链，成功合成了苯乙烯−肉桂酸无规共聚物（SCA），冲击强度提高了约47.2%，熔体强度提高了约1个数量级，并改善了PS的发泡稳定性，有助于拓宽EPS的工业化应用。目前存在的主要问题是共聚改性合成工艺多为非环保型，从长远来看，采用绿色共聚单体和调整合成工艺等方面仍需进一步探究。

EPS的改性方法包括共混改性和共聚改性等。经改性后材料的韧性和冲击强度得到提高，不同的共混或共聚物所改善的性能有所差别。在共混改性中，熔融共混法应用广、易操作，但需使用相容剂。共聚改性不存在后期析出问题，改性效果较好，但易造成环境污染。将来可以将研究重点放在复合改性上，它结合了共混和共聚改性的优点，加工工艺简单，力学性能改善显著，环保优势明显。

综上可知，EPU经过纤维改性和纳米改性，其压缩强度、冲击强度和发泡性能得到提高，将来还应开发更多增强材料，以提升其综合性能，开发新型功能化纳米材料解决机体不相容问题，以及加强对有机纳米粒子的研究，改性后可应用于缓冲防护领域。EPP经过交联改性、共混改性，直接制备HMSPP，其熔体强度、发泡效果和耐冲击性得到提高，将来应重点提升EPP量产和工业化速度，解决环境污染问题。EPE经过接枝、交联、共混、填充等方法，其压缩强度、冲击强度、发泡倍率及热稳定性得到提升，但应针对不同用途的EPE选择相应的改性技术，今后需从优化操作方法和提高相容性两方面，开发经济、高效、无污染的改性方法。EPS经过共混和共聚改性，其冲击韧性、熔体强度、发泡稳定性等得到提高，将来可重点研究复合改性，此方法改善力学性能显著，环保优势更明显。

针对不同类型的聚合物吸能材料，选择合适的物理或化学改性方法，可以弥补材料的缺陷，改善各项力学性能或发泡性能，使其满足实际应用需求。某些改性方法仍存在一些问题，例如，改性剂含量过高反而使力学性能下降，共混或填充物难以与基体相容，部分制备工艺成本高且耗费周期长，操作方法易造成环境污染等。

对于改性剂的使用，需考虑其种类、含量和形态等多方面因素，针对需改善或提升的特定性能，选择不同功能的改性剂。还应注意添加合适的相容剂来解决改性过程中相容性差的问题。在将来的研究中，需进一步加强对改性剂和基体相互作用机理的了解，研发新型功能化材料，以改善其与基体之间的界面相容性问题，并提升聚合物吸能材料的综合性能。

对于操作方法的选择，需考虑其成本、难易程度、耗费周期及环保性等因素，针对不同的加工条件和生产数量来选择合适的制备工艺与方法。总体来说，我国目前工业化开发程度不高，未来还需探索更多新技术和改性方法来提高工业化生产速度，制备生产成本低且对环境无污染的绿色产品。

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Research Progress on Modification Methods of Polymer Energy Absorbing Materials

ZHANG Wen-wu1, ZHOU Ruo-ling2, CAO Xian-ming1, WANG Chao-hui2, ZHANG Dan2

(1. Shandong Hi-Speed Group Co., Ltd., Ji"nan 250098, China; 2. School of Highway, Chang"an University, Xi"an 710064, China)

The work aims to further improve the energy absorption performance of polymer energy absorbing materials and promote the research, popularization and application of polymer energy absorbing materials. Based on the classification of common polymer energy absorbing materials, the modification effect of polymer energy absorbing materials commonly used in China and abroad were comprehensively investigated. The modification methods for different types of polymer energy absorbing materials were systematically combed. The main problems in the modification process were identified. The advantages and disadvantages of different modification methods were compared and analyzed. The existing modification of polymer energy absorbing materials have some shortcomings in modifiers, preparation process and modification methods. For the use of modifiers, it is necessary to select modifiers with different functions according to the specific performance to be improved and add appropriate compatibilizers to solve the problem of poor compatibility. In the future, it is necessary to further strengthen the understanding of the interaction mechanism between modifiers and matrix, and develop new functional materials. For the selection of modification methods, appropriate preparation processes and methods should be selected according to different processing conditions and production quantities. In the future, more new technologies and modification methods should be explored to improve the speed of industrial production.

polymer; energy absorbing materials; plastic foam; modification methods

TB383

A

1001-3563(2023)05-0244-11

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.05.031

2022−05−28

陕西省创新能力支撑计划（2022TD−07）

张文武（1981—），男，工学硕士，高级工程师，主要研究方向为道路结构与材料。

王朝辉（1980—），男，博士，教授，主要研究方向为功能性道路材料。

责任编辑：彭颋

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